1、螺 旋 桨 飞 机 的 基 本 分 类螺 旋 桨 飞 机 按 发 动 机 类 型 不 同 分 为 活 塞 式 螺 旋 桨 飞 机 和 涡 轮 螺 旋 桨 飞 机 。人 力 飞 机 和 太 阳 能 飞 机 通 常 都 用 螺 旋 桨 推 进 , 也 属 于 螺 旋 桨 飞 机 的 范 围 。涡 轮 螺 旋 桨 发 动 机 的 功 率 重 量 比 , 比 活 塞 式 发 动 机 大 2 3 倍 , 在 相 同 的 重量 下 可 提 供 更 大 的 功 率 , 燃 油 消 耗 率 在 速 度 较 高 时 比 活 塞 式 发 动 机 小 , 且 可使 用 价 格 较 低 的 煤 油 , 故 在 600
2、 800 千 米 /时 速 度 范 围 内 的 旅 客 机 、 运 输机 等 大 多 为 螺 旋 桨 飞 机 。 按 螺 旋 桨 与 发 动 机 相 对 位 置 的 不 同 , 又 分 为 拉 进 式 螺 旋 桨 飞 机 和 推 进 式螺 旋 桨 飞 机 。 前 者 的 螺 旋 桨 装 在 发 动 机 前 面 , “拉 ”着 发 动 机 前 进 ; 后 者螺 旋 桨 装 在 发 动 机 之 后 , “推 ”着 发 动 机 前 进 。 早 期 的 飞 机 中 曾 有 不 少 是 推进 式 的 , 这 种 型 式 的 缺 点 较 多 , 螺 旋 桨 效 率 不 如 拉 进 式 高 , 因 拉 进
3、式 螺 旋 桨前 没 有 发 动 机 短 舱 的 阻 挡 。 此 外 在 推 进 式 螺 旋 桨 飞 机 上 难 于 找 到 发 动 机 和 螺旋 桨 的 恰 当 位 置 , 特 别 是 装 在 机 身 上 更 困 难 。 相 反 ,在 拉 进 式 螺 旋 桨 飞 机 上 ,发动 机 无 论 是 装 在 机 身 头 部 或 是 装 在 机 翼 短 舱 前 面 都 很 方 便 。 当 装 在 机 翼 上 时 ,螺 旋 桨 后 面 的 高 速 气 流 还 可 用 来 增 加 机 翼 升 力 , 改 善 飞 机 起 飞 性 能 , 因 此 拉进 式 飞 机 遂 占 据 了 统 治 地 位 。 在 少
4、 数 大 型 飞 机 和 水 上 飞 机 上 , 发 动 机 多 至8 12 台 以 上 , 将 发 动 机 前 后 串 置 在 短 舱 上 ,形 成 拉 进 和 推 进 的 混 合 型 式 。 螺 旋 桨 飞 机 的 结 构 特 点螺 旋 桨 飞 机 的 结 构 比 较 复 杂 。 为 了 降 低 转 速 和 提 高 螺 旋 桨 效 率 , 绝 大 多数 发 动 机 装 有 减 速 器 。 这 类 飞 机 的 发 动 机 装 有 滑 油 散 热 器 。 液 冷 活 塞 式 发 动机 还 装 有 冷 却 液 散 热 器 。 桨 毂 和 发 动 机 均 有 流 线 型 外 罩 , 以 减 小 阻
5、 力 。 螺旋 桨 旋 转 时 产 生 一 个 反 作 用 扭 矩 , 大 功 率 发 动 机 的 飞 机 常 用 较 大 的 垂 直 尾翼 或 偏 置 垂 直 尾 翼 产 生 的 力 矩 来 加 以 平 衡 , 也 可 以 采 用 反 向 旋 转 的 同 轴 螺 旋桨 来 抵 消 反 作 用 扭 矩 , 如 苏 联 的 安 22 飞 机 。 现 代 的 螺 旋 桨 飞 机 多 采 用 桨 叶 角 可 调 的 变 距 螺 旋 桨 , 这 种 螺 旋 桨 可 根 据飞 行 需 要 调 整 桨 叶 角 , 提 高 螺 旋 桨 的 工 作 效 率 。 由 于 螺 旋 桨 在 旋 转 时 , 桨 根和
6、 桨 尖 的 圆 周 速 度 不 同 , 为 了 保 持 桨 叶 各 部 分 都 处 于 最 佳 气 动 力 状 态 , 所 以把 桨 根 的 桨 叶 角 设 计 成 最 大 , 依 次 递 减 , 桨 尖 的 桨 叶 角 最 小 工 作 状 态 的 桨 叶是 一 根 悬 壁 梁 受 力 态 势 , 为 了 增 加 桨 根 的 强 度 , 桨 根 的 截 面 积 设 计 为 最 大 。 一 架 飞 机 上 桨 叶 数 目 根 据 发 动 机 的 功 率 而 定 , 有 2 叶 、 3 叶 和 4 叶 的 ,也 有 5 叶 、 6 叶 的 。 装 于 飞 机 头 部 的 螺 旋 桨 为 拉 力
7、式 螺 旋 桨 , 装 于 飞 机 后 部的 螺 旋 桨 为 推 力 式 螺 旋 桨 , 还 有 既 装 有 拉 力 式 螺 旋 桨 又 装 有 推 力 式 螺 旋 桨 的飞 机 。 螺 旋 桨 飞 机 的 发 展 演 化早 期 飞 机 大 多 使 用 桨 叶 角 固 定 不 变 的 螺 旋 桨 , 它 的 结 构 简 单 , 但 不 能 适应 飞 行 速 度 变 化 。 飞 行 速 度 大 于 200 公 里 /时 则 需 要 用 变 桨 距 螺 旋 桨 , 才 能提 高 螺 旋 桨 的 效 率 。 但 这 种 螺 旋 桨 构 造 复 杂 , 成 本 较 高 , 只 用 于 一 些 速 度
8、较高 、 功 率 较 大 的 飞 机 。 第 二 次 世 界 大 战 以 前 的 飞 机 , 基 本 上 是 使 用 活 塞 式 发 动 机 作 动 力 装 置 驱动 螺 旋 桨 。 近 代 在 涡 轮 喷 气 发 动 机 的 基 础 上 研 制 出 了 涡 轮 螺 旋 桨 发 动 机 和涡 轮 桨 扇 发 动 机 。 用 这 两 种 发 动 机 驱 动 螺 旋 桨 使 螺 旋 桨 的 工 作 效 率 大 大 提 高 ,同 时 也 提 高 了 飞 机 的 性 能 。 在 第 二 次 世 界 大 战 中 , 为 了 进 一 步 提 高 飞 机 的 高 空 性 能 , 有 些 飞 机 上 还装 有
9、 废 气 涡 轮 增 压 器 ,利 用 废 气 来 增 加 进 气 的 压 力 ,如 美 国 的 B-24、 P-47等 飞 机 。 70 年 代 后 期 , 一 些 通 用 航 空 的 飞 机 也 采 用 废 气 涡 轮 增 压 器 来 提 高 飞行 性 能 。 螺 旋 桨 飞 机 (3 张 )螺 旋 桨 飞 机 的 工 作 原 理飞 机 螺 旋 桨 在 发 动 机 驱 动 下 高 速 旋 转 , 从 而 产 生 拉 力 , 牵 拉 飞 机 向 前 飞行 。 那 么 , 飞 机 的 螺 旋 桨 是 怎 样 产 生 拉 力 的 呢 ? 如 果 大 家 仔 细 观 察 , 会 看 到飞 机 的
10、螺 旋 桨 结 构 很 特 殊 , 单 支 桨 叶 为 细 长 而 又 带 有 扭 角 的 翼 形 叶 片 , 桨 叶的 扭 角 ( 桨 叶 角 ) 相 当 于 飞 机 机 翼 的 迎 角 , 但 桨 叶 角 为 桨 尖 与 旋 转 平 面 呈 平行 逐 步 向 桨 根 变 化 的 扭 角 。 桨 叶 的 剖 面 形 状 与 机 翼 的 剖 面 形 状 很 相 似 , 前 桨 面 相 当 于 机 翼 的 上 翼 面 ,曲 率 较 大 , 后 桨 面 则 相 当 于 下 翼 面 , 曲 率 近 乎 平 直 , 每 支 桨 叶 的 前 缘 与 发 动机 输 出 轴 旋 转 方 向 一 致 , 所
11、以 , 飞 机 螺 旋 桨 相 当 于 一 对 竖 直 安 装 的 机 翼 。 桨 叶 在 高 速 旋 转 时 , 同 时 产 生 两 个 力 , 一 个 是 牵 拉 桨 叶 向 前 的 空 气 动 力 ,一 个 是 由 桨 叶 扭 角 向 后 推 动 空 气 产 生 的 反 作 用 力 。 从 桨 叶 剖 面 图 中 可 以 看 出 桨 叶 的 空 气 动 力 是 如 何 产 生 的 , 由 于 前 桨 面 与后 桨 面 的 曲 率 不 一 样 , 在 桨 叶 旋 转 时 , 气 流 对 曲 率 大 的 前 桨 面 压 力 小 , 而 对曲 线 近 于 平 直 的 后 桨 面 压 力 大 ,
12、 因 此 形 成 了 前 后 桨 面 的 压 力 差 , 从 而 产 生 一个 向 前 拉 桨 叶 的 空 气 动 力 , 这 个 力 就 是 牵 拉 飞 机 向 前 飞 行 的 动 力 。 另 一 个 牵 拉 飞 机 的 力 , 是 由 桨 叶 扭 角 向 后 推 空 气 时 产 生 的 反 作 用 力 而 得来 的 。 桨 叶 与 发 动 机 轴 呈 直 角 安 装 , 并 有 扭 角 , 在 桨 叶 旋 转 时 靠 桨 叶 扭 角 把前 方 的 空 气 吸 入 , 并 给 吸 入 的 空 气 加 一 个 向 后 推 的 力 。 与 此 同 时 , 气 流 也 给桨 叶 一 个 反 作 用
13、 力 , 这 个 反 作 用 力 也 是 牵 拉 飞 机 向 前 飞 行 的 动 力 。 由 桨 叶 异 型 曲 面 产 生 的 空 气 动 力 与 桨 叶 扭 角 向 后 推 空 气 产 生 的 反 作 用 力是 同 时 发 生 的 , 这 两 个 力 的 合 力 就 是 牵 拉 飞 机 向 前 飞 行 的 总 空 气 动 力 。 螺 旋 桨 飞 机 的 三 个 效 应进 动 、 滑 流 扭 转 、 螺 旋 桨 反 作 用 。 若 是 多 发 螺 旋 桨 飞 机 , 还 可 能 出 现 有拉 力 不 对 称 。 固 定 翼 飞 机 平 衡 在 地 面 主 要 是 受 螺 旋 桨 的 滑 流
14、扭 转 作 用 , 飞 行 中 ,当 螺旋 桨 的 扭 转 气 流 打 在 飞 机 垂 直 尾 翼 的 一 侧 时 ,则 会 引 起 飞 机 的 方 向 偏 转 。 如 果 螺 旋 桨 是 向 右 旋 转 的 ,则 扭 转 气 流 上 层 自 左 向 右 侧 扭 转 ,从 左 方 向作 用 于 垂 直 尾 翼 ,使 尾 翼 产 生 向 右 的 空 气 动 力 ,对 飞 机 重 心 形 成 左 偏 力 矩 ,即 机 头 向 左 偏 转 。 螺 旋 桨 的 转 速 越 大 ,扭 转 气 流 对 飞 机 的 方 向 偏 转 影 响 越 明显 。 故 地 面 起 飞 时 抵 右 舵 修 正 方 向 。
15、 空 中 由 于 飞 机 自 身 速 度 增 大 , 滑 流 作 用减 弱 , 使 用 方 向 舵 配 平 即 可 。 涡 轮 螺 旋 桨 飞 机涡 轮 螺 旋 桨 飞 机 开 始 应 用螺 旋 桨 飞 机 , 是 指 空 气 通 过 螺 旋 桨 将 发 动 机 的 功 率 转 化 为 推 进 力 的 飞 机 。而 装 有 涡 轮 式 发 动 机 的 螺 旋 桨 飞 机 则 被 称 为 涡 轮 螺 旋 桨 飞 机 (简 称 : 涡 桨 飞机 )。 1930 年 英 国 人 惠 特 尔 发 明 了 第 一 台 涡 轮 喷 气 发 动 机 , 靠 喷 管 高 速 喷出 的 燃 气 产 生 反 作
16、用 推 力 。 涡 轮 喷 气 发 动 机 很 快 便 以 其 强 大 的 动 力 、 优 异 的高 速 性 能 取 代 了 老 式 活 塞 式 发 动 机 , 成 为 战 斗 机 的 首 选 动 力 装 置 , 并 开 始 在其 他 飞 机 中 得 到 应 用 。 涡 轮 螺 旋 桨 飞 机 的 缺 点随 着 喷 气 技 术 的 发 展 , 涡 轮 喷 气 发 动 机 的 缺 点 也 越 来 越 突 出 , 主 要 是 在低 速 下 耗 油 量 大 , 效 率 较 低 , 使 飞 机 的 航 程 变 得 很 短 。 尽 管 这 对 于 执 行 防 空任 务 的 高 速 战 斗 机 并 不 十
17、 分 严 重 , 但 用 在 对 经 济 性 有 严 格 要 求 的 亚 音 速 民 用运 输 机 上 却 是 不 可 接 受 的 。 其 他 螺 旋 桨 飞 机 的 诞 生随 着 航 空 燃 气 涡 轮 技 术 的 进 步 , 人 们 在 涡 轮 喷 气 发 动 机 的 基 础 上 , 又 发展 了 多 种 发 动 机 , 如 根 据 能 量 输 出 形 式 的 不 同 , 有 涡 轮 螺 旋 桨 发 动 机 、 涡 轮风 扇 发 动 机 、 涡 轮 轴 发 动 机 和 螺 桨 风 扇 发 动 机 等 。 涡 轮 螺 旋 桨 发 动 机 的 优 点在 速 度 低 于 700 公 里 /时 的
18、 情 况 下 , 空 气 螺 旋 桨 推 进 效 率 较 高 。 速 度 继续 增 大 , 推 进 效 率 急 剧 下 降 。 同 时 , 飞 机 所 需 的 功 率 随 速 度 的 三 次 方 成 正 比增 加 , 活 塞 式 发 动 机 由 于 技 术 上 的 限 制 , 无 法 提 供 体 积 小 、 重 量 轻 和 功 率 大的 发 动 机 。 涡 轮 螺 旋 桨 发 动 机 的 功 率 重 量 比 比 活 塞 式 发 动 机 大 2 3 倍 , 在相 同 的 重 量 下 可 提 供 更 大 的 功 率 , 而 且 发 动 机 截 面 积 较 小 , 燃 油 消 耗 率 在 速度 较
19、高 时 比 活 塞 式 发 动 机 小 , 使 用 价 格 较 低 的 煤 油 , 故 在 600 800 公 里 /时 速 度 范 围 内 的 旅 客 机 、 运 输 机 、 海 岸 巡 逻 机 和 反 潜 机 大 多 为 涡 轮 螺 旋 桨飞 机 。 新 型 螺 旋 桨 系 统为 了 进 一 步 增 大 速 度 , 降 低 燃 油 消 耗 率 , 美 国 于 70 年 代 提 出 一 种 先 进的 涡 轮 螺 旋 桨 系 统 ,采 用 8 10 片 具 有 后 掠 的 薄 剖 面 桨 叶 , 从 空 气 动 力 学角 度 对 桨 毂 和 发 动 机 短 舱 进 行 一 体 化 设 计 ,
20、使 阻 力 和 噪 声 达 到 最 小 。 这 种 推进 装 置 可 使 飞 机 速 度 达 到 马 赫 数 为 0.8,比 一 般 装 有 涡 轮 风 扇 发 动 机 的 飞 机省 油 30% 40%。 高 速 螺 旋 桨 飞 机 比 涡 轮 喷 气 飞 机 省 燃 料 , 正 处 在 研 究 试 验 阶段 。 涡 轮 螺 旋 桨 飞 机 的 发 展在 速 度 低 于 700 公 里 /时 的 情 况 下 , 空 气 螺 旋 桨 推 进 效 率 较 高 。 速 度 继续 增 大 , 推 进 效 率 急 剧 下 降 。 同 时 , 飞 机 所 需 的 功 率 随 速 度 的 三 次 方 成 正
21、 比增 加 , 活 塞 式 发 动 机 由 于 技 术 上 的 限 制 , 无 法 提 供 体 积 小 、 重 量 轻 和 功 率 大的 发 动 机 。 涡 轮 螺 旋 桨 发 动 机 的 功 率 重 量 比 比 活 塞 式 发 动 机 大 2 3 倍 , 在相 同 的 重 量 下 可 提 供 更 大 的 功 率 , 而 且 发 动 机 截 面 积 较 小 , 燃 油 消 耗 率 在 速度 较 高 时 比 活 塞 式 发 动 机 小 , 使 用 价 格 较 低 的 煤 油 , 故 在 600 800 公 里 /时 速 度 范 围 内 的 旅 客 机 、 运 输 机 、 海 岸 巡 逻 机 和
22、反 潜 机 大 多 为 涡 轮 螺 旋 桨 飞机 。 为 了 进 一 步 增 大 速 度 , 降 低 燃 油 消 耗 率 , 美 国 于 70 年 代 提 出 一 种 先 进的 涡 轮 螺 旋 桨 系 统 ,采 用 8 10 片 具 有 后 掠 的 薄 剖 面 桨 叶 , 从 空 气 动 力 学 角度 对 桨 毂 和 发 动 机 短 舱 进 行 一 体 化 设 计 , 使 阻 力 和 噪 声 达 到 最 小 。 这 种 推 进装 置 可 使 飞 机 速 度 达 到 马 赫 数 为 0.8,比 一 般 装 有 涡 轮 风 扇 发 动 机 的 飞 机 省油 30% 40%。 高 速 螺 旋 桨 飞 机 比 涡 轮 喷 气 飞 机 省 燃 料 , 正 处 在 研 究 试 验 阶 段 。